(57)【要約】【課題】  レーザースリット光による光切断線を使用すること無しに、溶接トーチに先行する開先領域の画像から画像処理によって開先を検出し、該検出結果に基づいて溶接トーチの移動線を制御することによって、倣うことができる開先の種類が限定されずに、汎用性の高い画像処理を使用した倣い溶接装置を提供することを課題とする。【解決手段】  溶接トーチ２０と、上記溶接トーチに先行する開先（以下、「先行開先領域」という）の画像１００を取得する画像取得手段３０と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段４０と、上記溶接トーチ、画像取得手段及び遮蔽手段を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段５０と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先８０の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段６０とを備えて成る倣い溶接装置１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチと、上記溶接トーチに先行する開先（以下、「先行開先領域」という）の画像を取得する画像取得手段と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段と、上記溶接トーチ、画像取得手段及び遮蔽手段を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段とを備えて成る
ことを特徴とする倣い溶接装置。
【請求項２】
画像取得手段が、撮像手段と上記先行開先領域を照明する照明手段とを有し、上記照明手段は上記撮像手段の光軸と同軸の照明光によって上記先行開先領域を照明するように構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の倣い溶接装置。
【請求項３】
上記左右駆動手段を上下方向に移動させる上下駆動手段を有すると共に、
上記遮蔽手段はワークに接触する先端部がワークに離接する方向に移動自在とされ、上記先端部の位置を検出するセンサを備え、
上記制御手段が、上記センサの検出結果に基づいて、上記上下駆動手段を駆動して、上記遮蔽手段の先端部と溶接トーチと画像取得手段とが所定の位置関係を保つように位置制御する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の倣い溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な倣い溶接装置に関する。詳しくは、ワークの表面状態の影響を受けずに開先を画像認識して確実な倣いを行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
倣い溶接の技術において、倣いセンサの非接触化が進められている。
【０００３】
特に、画像認識手段を使用して開先を認識し、該認識した開先に沿って溶接トーチを倣わせる技術が特許文献１、特許文献２、特許文献３等に開示されている。
【０００４】
上記各特許文献１〜３に示された技術は、何れも、開先を横切るようにレーザースリット光を照射して光切断像を得、該光切断像を画像処理して倣い情報を得るものである。
【０００５】
レーザースリット光の照射によると一つの画像取得手段によって開先の幅及び深さを計測することができる利点を有するが、開先に溝を有しない形状、例えば、突き合わせ溶接に適用した場合は、光切断像を得ることができず、倣いが不能である。
【０００６】
特許文献４に記載されたものは、レーザースリット光を使用しないものであり、２枚の薄板による隅肉溶接部付近を溶接方向前方からＣＣＤカメラで撮影しながら溶接を開始し、適切な閾値で二値化されたアーク光を基に、アーク光前方に溶接線を含む矩形の処理領域を設定し、該処理領域の中で溶接線と交わる方向の走査線を引き、走査線上の輝度を分析して溶接線との交点を求め、このような処理を処理領域全域亘ってに行って、溶接線を検出するものである。
【０００７】
しかしながら、アーク光をいうのは溶接条件としての電流電圧に起因するアーク・溶融池の副産物であり、「アーク光が常に一定な状態」にあるとか「アーク光を調整」するとかは、不可能なことといえる。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２８１４３５号公報
【０００９】
【特許文献２】特開２００２−１２００６６号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２０号公報
【特許文献４】特開平１１−２８７６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、レーザースリット光による光切断線を使用すること無しに、溶接トーチに先行する開先領域の画像から画像処理によって開先を検出し、該検出結果に基づいて溶接トーチの移動線を制御することによって、倣うことができる開先の種類が限定されずに、汎用性の高い画像処理を使用した倣い溶接装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明倣い溶接装置は、上記した課題を解決するために、溶接トーチと、上記溶接トーチに先行する開先（以下、「先行開先領域」という）の画像を取得する画像取得手段と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段と、上記溶接トーチ、画像取得手段及び遮蔽手段を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段とを備えて成るものである。
【００１２】
従って、本発明倣い溶接装置にあっては、装置全体の構成を大型化すること無しに、あらゆる種類の開先を倣うことが可能になり、精度の高い倣い溶接が可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明倣い溶接装置は、溶接トーチと、上記溶接トーチに先行する開先（以下、「先行開先領域」という）の画像を取得する画像取得手段と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段と、上記溶接トーチ、画像取得手段及び遮蔽手段を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする。
【００１４】
従って、本発明倣い溶接装置にあっては、装置全体の構成を大型化すること無しに、あらゆる種類の開先を倣うことが可能になり、精度の高い倣い溶接が可能になる。
【００１５】
請求項２に記載した発明にあっては、画像取得手段が、撮像手段と上記先行開先領域を照明する照明手段とを有し、上記照明手段は上記撮像手段の光軸と同軸の照明光によって上記先行開先領域を照明するように構成されたので、先行開先領域の表面で散乱光が生じにくく、良質な画像を取得することができ、その結果、精度の良い倣いが可能になる。
【００１６】
請求項３に記載した発明にあっては、上記左右駆動手段を上下方向に移動させる上下駆動手段を有すると共に、上記遮蔽手段はワークに接触する先端部がワークに離接する方向に移動自在とされ、上記先端部の位置を検出するセンサを備え、上記制御手段が、上記センサの検出結果に基づいて、上記上下駆動手段を駆動して、上記遮蔽手段の先端部と溶接トーチと画像取得手段とが所定の位置関係を保つように位置制御するので、倣い溶接装置にとって元々必要である上下倣いセンサを遮蔽手段として利用することができ、特別な遮蔽手段を設ける必要がなく、倣い溶接装置を安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明倣い溶接装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１８】
本発明にかかる倣い溶接装置１０は、溶接トーチ２０と、上記溶接トーチ２０に先行する開先（以下、「先行開先領域」という）の画像を取得する画像取得手段３０と、上記先行開先領域に対して溶接トーチを遮蔽する遮蔽手段４０と、上記溶接トーチ２０、画像取得手段３０及び遮蔽手段４０を一体的に支持すると共に左右方向に移動させる左右駆動手段５０と、上記画像取得手段によって取得した画像から開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置との位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて上記左右駆動手段を駆動して開先の左右方向における位置と溶接トーチの左右方向における位置とが一致するように制御する制御手段６０と、上記左右駆動手段５０を上下方向に駆動する上下駆動手段７０とを備える。
【００１９】
左右駆動手段５０は溶接進行方向に沿って移動する図示しない走行台車に上下駆動手段７０を介して設けられた支持アーム５１と該支持アーム５１に左右駆動機構５２を介して支持された移動アーム５３とを備え、溶接トーチ２０、画像取得手段３０、遮蔽手段４０は上記移動アーム５３に一体的に支持されている。
【００２０】
上下駆動手段７０の詳細は省略するが、走行台車に対して上記支持アーム５１を上下方向に駆動するようになっている。
【００２１】
画像取得手段３０は、ＣＣＤカメラ等の撮像手段３１と溶接トーチ２０に先行する開先（以下、「先行開先領域」という）及びその周辺を照明する照明手段３２を備えており、上記照明手段３２は、例えば、光源３２ａとハーフミラー３２ｂとによって撮像手段３１の光軸と同軸の照明光によって先行開先領域及びその周辺を照明するように構成されている。そして、上記撮像手段３１と照明手段３２は下端が開口した筐体３３内に配置されている。
【００２２】
遮光手段４０は、左右駆動手段５０の移動アーム５３に固定的に支持された主部４１と該主部４１に固定された遮光板４２と主部４１の下端から突出し主部４１に対して上下方向にスライド自在に構成された摺動軸４３とを備え、摺動軸４３は主部４１内に設けられたコイルバネ等の弾発手段によって下方へ、すなわち、ワーク８１、８２に接触する方向へ付勢されている。そして、主部４１内には摺動軸４３の先端部４３ａの位置を検出するためのセンサが内装されている。該センサは摺動軸４３の主部４１に対する相対位置を検出してこれを電気信号として出力することができるものであれば良く、例えば、ポテンショメータのような接触式の可変抵抗器、ホール素子とマグネットから成る非接触の電磁式位置センサ等種々のものが適用可能である。なお、上記摺動軸４３の先端４３はワーク８１、８２との抵抗を少なくするためにローラによって構成されている。
【００２３】
そして、上記主部４１及び遮光板４２は溶接トーチ２０と画像取得手段３０との間を遮蔽するように位置し、特に、溶接トーチ２０のアークや溶融池の光２０ａ（図２の梨地部分参照）が画像取得手段３０にとって外乱光とならないようにしている。
【００２４】
上記倣い溶接装置１０によって２つの板状ワーク８１、８２を突き合わせた開先８０を倣い溶接する動作について以下に、図３のフローチャートを参照して、説明する。
【００２５】
まず、倣い溶接をするのに先立って、開先８０を適当な間隔を置いて仮止め８３、８３、・・・を施して、２つのワーク８１、８２が突き合わされた状態が保たれるようにする。
【００２６】
まず、左右駆動手段５０の移動アーム５３に溶接トーチ２０、画像取得手段３０及び遮蔽手段４０を、互いの位置関係が所定の位置関係となるように支持させ、移動台車、上下駆動手段７０、左右駆動機構５２を駆動して溶接開先８０の初期位置に位置合わせする。
【００２７】
上記初期位置合わせが完了した状態で、倣い動作を開始させる（ステップ１（Ｓ１））。すなわち、図示しない移動台車を開先８０の延びる方向に沿って移動させながら左右駆動手段５０及び上下駆動手段７０を駆動状態とし、制御手段６０を働かせて倣い動作を開始する。
【００２８】
倣い動作が開始すると、まず、画像取得手段３０で取得した先行開先領域の画像１００の上方部位に設定した上部検出エリア１１０（図４参照）におけるラインエッジ処理を行う（ステップ２（Ｓ２））。すなわち、上記エリア１１０内におけるＸ方向に±３度までの傾斜を許容範囲として白から黒への変化として示される直線の検出をＹ方向に走査して行う。
【００２９】
先ず、上記走査エリア１１０を一の方向（この例では右方向）への走査エリア１１０ａとし、そして、該検出エリア１１０ａ内に上記直線１１１ａが検出された（図５参照）ら上記エリア１１０をＹ方向を１８０度回転させた検出エリア１１０ｂとし、Ｙ方向に走査して上記と同様にして直線を検出する。上記検出エリア１１０ｂ内に開先８０がある場合は上記直線１１１ａと間隔をおいてほぼ平行に対向する直線１１１ｂが検出される（図６参照）。
【００３０】
上記手順により、上部検出エリア１１０内で２本のほぼ平行に対向した直線１１１ａ、１１１ｂが検出された（図７参照）場合は、ライン検出が為された（ＹＥＳ）としてステップ４（Ｓ４）に進み、上記直線１１１ａ、１１１ｂが検出されていない場合はライン検出がされてない（ＮＯ）と判断してステップ２（Ｓ２）に戻る。
【００３１】
ステップ４（Ｓ４）では上部検出エリア１１０内で仮止めが検出されたか否かの処理を行う。すなわち、ステップ２（Ｓ２）で検出された２本の直線１１１ａと１１１ｂとの間の間隔が測定され、ステップ５（Ｓ５）で２本の直線１１１ａと１１１ｂとの間の間隔が所定値より大きいか否かの判定が為される。
【００３２】
上部検出エリア１１０内に仮止めビード９０があった場合でもステップ２（Ｓ２）で平行な直線１１１ａ、１１１ｂが検出される（図８参照）。しかしながら、仮止めビード９０の場合はその幅が突き合わせ開先８０と比較して極端に大きい。そこで、幅によって開先８０と仮止めビード９０とを区別するための適当な値を設定しておき、ステップ２（Ｓ２）で検出されたほぼ平行な２本の直線１１１ａと１１１ｂとの間の間隔が上記所定値より大きいか否かの判定をステップ５（Ｓ５）で行い、所定値より大きい場合は仮止めビード９０が検出されたとして（ＹＥＳ）ステップ２（Ｓ２）に戻り、所定値より大きくない場合は仮止めビード９０が検出されなかった（ＮＯ）としてステップ６（Ｓ６）に進む。
【００３３】
ステップ６（Ｓ６）からステップ９（Ｓ９）までで、画面１００の下方部位に下部検出エリア１２０を設定して、該下部検出エリア１２０に関して、ラインエッジの検出処理（ステップ６（Ｓ６）にてステップ２（Ｓ２）と同様の処理を下部検出エリア１２０に関して行い、ステップ７（Ｓ７）にてステップ３（Ｓ３）と同様の判断を行う）、仮止めビード９０の検出処理（ステップ８（Ｓ８）にてステップ４（Ｓ４）と同様の処理を行い、ステップ９（Ｓ９）にてステップ５（Ｓ５）と同様の判断を行う）を行い、ステップ７（Ｓ７）にて下部検出エリア１２０においてラインの検出が為されたと判断された（ＹＥＳ）時はステップ８（Ｓ８）に進み、ラインの検出が為されなかった（ＮＯ）と判断されたときはステップ２（Ｓ２）に戻り、ステップ９（Ｓ９）にて仮止めビード９０が検出されたと判断されたとき（ＹＥＳ）はステップ２（Ｓ２）に戻り、仮止めビードが検出されなかったとき（ＮＯ）はステップ１０（Ｓ１０）に進む。
【００３４】
ステップ１０（Ｓ１０）では、上部検出エリア１１０及び下部検出エリア１２０で検出された各直線１１１ａ（１２１ａ）と１１１ｂ（１２１ｂ）の座標から、各直線間の中間線１１１ｃ（１２１ｃ）を算出して（図９参照）それを上部及び下部のラインエッジとし、ステップ１１（Ｓ１１）へと進む。
【００３５】
ステップ１１（Ｓ１１）ではステップ１０（Ｓ１０）で算出した上下のラインエッジ１１１ｃと１２１ｃとを結んだ線の中間位置１３０を算出し、該中間位置１３０を画像中心１００Ｃと比較し（図１０参照）ステップ１２（Ｓ１２）へ進む。
【００３６】
ステップ１２（Ｓ１２）では上記中間位置１３０と画像中心１００Ｃとを比較した結果、中間位置１３０が画像中心１００Ｃより右寄りであるか否かが判断され、右寄りでないと判断されたとき（ＮＯ）はステップ１３（Ｓ１３）へ進み、右寄りであると判断されたとき（ＹＥＳ）はステップ１４（Ｓ１４）へ進む。
【００３７】
ステップ１３（Ｓ１３）では上記中間位置１３０と画像中心１００Ｃとを比較した結果、中間位置１３０が画像中心１００Ｃより左寄りであるか否かが判断され、左寄りでないと判断されたとき（ＮＯ）はステップ２（Ｓ２）へ戻り、左寄りであると判断されたとき（ＹＥＳ）はステップ１５（Ｓ１５）へ進む。
【００３８】
上記ステップ１４（Ｓ１４）では左右駆動手段５０に対して移動アーム５３を左方へ移動させる旨の指令が出されてステップ２（Ｓ２）へ戻る。
【００３９】
上記ステップ１５（Ｓ１５）では左右駆動手段５０に対して移動アーム５３を右方へ移動させる旨の指令が出されてステップ２（Ｓ２）へ戻る。
【００４０】
以上のようにして、溶接トーチ２０が開先８０に倣って移動しながら溶接ビードを形成していく。
【００４１】
なお、溶接トーチ２０の先端と開先８０との間に上下方向、すなわち、ワーク８１、８２に離接する方向へのずれが生じた場合には、遮蔽手段４０に設けられた弾発手段によって摺動軸４３の先端４３ａがワーク８１、８２に表面に追従して移動するので、それが、遮蔽手段４０に組み込まれた上記センサによって検知され、該検知結果を受けて制御手段６０が上下駆動手段を駆動して左右駆動手段５０を上下させて溶接トーチ２０（及び画像取得手段３０、遮光手段４０の遮光板４１））の位置を上下方向で調整する。
【００４２】
上記した倣い溶接装置１０にあっては、開先の形状を選ばず、例えば、スリット光の照射では倣うことが不能であった、突き合わせ開先を倣うことができると共に、装置全体を小型に構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
各種の倣い溶接に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明倣い溶接装置の実施の形態の概要を示す斜視図である。
【図２】概略側面図である。
【図３】倣い溶接の動作を示すフローチャートである。
【図４】図５乃至図１０と共に倣い動作の例を示すものであり、本図は画像取得手段によって取得した画像の構成例を示すものである。
【図５】図６及び図７と共に開先の検出手順を示すものであり、本図は開先を限定する第１の直線をラインエッジ検出する様子を示すものである。
【図６】開先を限定する第２の直線をラインエッジ検出する様子を示すものである。
【図７】開先が検出された様子を示すものである。
【図８】仮止めビードを検出する様子を示すものである。
【図９】２つの直線の座標からその中間を通る直線を検出する様子を示すものである。
【図１０】開先と溶接トーチとの位置ズレを検出する様子を示すものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０…倣い溶接装置、２０…溶接トーチ、３０…画像取得手段、３１…撮像手段、３２…照明手段、４０…遮蔽手段、５０…左右駆動手段、６０…制御手段、７０…上下駆動手段、８０…開先、１００…先行開先領域の画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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